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MOL COMFORT号断裂事件给中国造船业的反思

发布时间:2017-7-17 10:49:16 阅读:321

​​薛船长经研究发现,MOL COMFORT轮符合造船规范要求,展现了日本高水平的造船理论、工艺水平以及极高的海事调查水平。其断裂与泰坦尼克号一样,是人类认知的不足所导致,不能以泰坦尼克号沉没否认英国的造船水平,同样不能以MOL COMFORT断裂否认日本的造船水平,经过总结,其教训成为人类智慧的结晶】

    2013年6月17日接近满载的超巴拿巴型集装箱船MOL COMFORT号断裂在印度洋。 由于该断裂事故与航海过失关系不大,所以没有在中国航海界引发广泛、深入的研究。

    直到2017年7月,一位交通大学造船系毕业的,网名“船人-老姚”的造船业个体户(做过造船监理工作)撰文指责“这是日本船舶制造业的耻辱”,他“翻了翻事故调查报告,就大概说说”(原话)该份报告“最终确认了MOL Comfort号的断裂主要原因是由于船舶设计的缺陷,在船体结构载荷计算中忽略了两种载荷的联合作用。造成船壳底板结构强度不够。导致断裂,可以说是非常弱智的行为[1]

    在文中姚监理直指薛船长:一个连结构强度计算书都看不懂,对于船级社建造规范也不清楚,更不要谈在从事过船厂质量管理的外行,有何底气就可以在微博上对造船专业内容指指点点。

    当然姚监理还藏着一句话没说,薛船长一个大连海校毕业生,怎么能对交通大学毕业生为主的船舶设计制造群体说三道四。

    薛船长检索了MOL COMFORT沉没的原因,并阅读了长达119页的日本船级社的事故调查报告《大型集装箱船舶结构安全报告》[2](以下简称报告),惊奇地发现,中国人没有对该船沉入原因进行研究,甚至没有对日本船级社所撰写的报告进行研究,薛船长对知网的检索结果感到吃惊,又通过google学术进行检索,依然没看到简体字的研究成果,所以姚监理声称“关于断裂原因,并没给出明确的结论”就在网络上大行其道,让无数小粉红为之振奋,由于该文被新浪微博推荐,阅读量高达49万,形成极坏的影响!

    日本船级社发布调查报告后,国际船级社协会(IACS)提出了两个新的统一要求(URS):

    - UR S11A集装箱船纵向强度标准规定

    - UR S34集装箱船在负载情况下系统处理功能标准。

    这两个要求已于2015年第一季度生效,这两个要求出台后,中国的反应还是比较快的,比如上海交通大学的郑祖园,王德禹很快就发表了“UR-S11A 对集装箱船直接强度的影响”,这与无数个国际规则出台过程一样,事先中国不做基础性的研究,出台规则时,不参与讨论,形成国际规则后,忙不迭地组织学习。

    薛船长认为,MOL COMFORT断裂事件以及调查报告缺乏简体字的研究,是中国全体造船人的耻辱,是中国船级社、上海交通大学、哈尔滨工程大学以及702研究所的耻辱,尽管与航海过失关系不大,但大连海事大学未对该轮沉没、保险理赔进展进行跟踪研究也有失交通部唯一大学的责任。薛船长发现,调查报告中批露的一些新的技术,中国很可能从未进行过研究,若没有如此严重的事件,日本人很可能不会批露出来,因为高强度钢造商船,是日本人独步世界的技术,没有相当的理论支持,日本人不可能独步世界的。如3舱模型弹塑性分析(3-hold model elasto-plastic analysis),局部环状变形(Local circular deformation)薛船长均没有检索到简体字的文献

    薛船长曾根据造船业的朋友提供的姚监理的名字检索过其论文,没检索到,可见其在学术上没有深入的研究,而其“翻了翻事故调查报告”就提出的MOL COMFORT断裂是“日本船舶制造业的耻辱”之所以能大行其道,是因为真正该做学术研究的机构缺位,以至于没有简体字的研究文献。甚至日本船级社所撰写的调查报告没有进行简体字翻译,只要读过一遍的人,就会对日本船舶制造业、日 本船级社肃然起敬(有不敬佩的,欢迎与薛船长交流)。

 国际船级社协会两个新的统一要求的出台,赋予了MOL COMFORT泰坦尼克号的历史地位,也就是人类在新的工业生产过程中发生了重大事故,但进行了总结,形成国际规则,推动了人类在该领域的发展。我们不能说泰坦尼克号是英国造船业的耻辱,那今天我们也不能说MOL COMFORT的断裂是日本造船业的耻辱。

    如何才能讲清楚MOL COMFORT沉没的原因,薛船长颇费脑筋,不妨以倒叙的方式进行解析,一般读者读正文即可,船长、大副、海事大学老师以及船舶设计人员、验船师可参考注释进行详细阅读。

  MOL COMFORT断裂的原因相当于从底部掰开面包

    2013年12月27日,4800箱位的“MSC MONTEREY”号集装箱船在行驶至加拿大纽芬兰西南海域时,船员在接近上层建筑的主甲板处发现长约1.5米的裂缝。随后,裂缝扩展至船舶外壳,在船体上形成了约30厘米的裂缝。这也是一起船舶断裂事故,原因是焊缝缺陷所致[3]

    甲板有裂缝对于大型散装船很常见,1998年2月7日,青岛远洋运输公司“翡翠海”轮从印度驶往南京港过程中,在中国南海海域09°30'N,110°30'E处沉没,造成30名船员失踪,这是远洋海员心中永远的痛。原因是船舶艏部—舱或一、二舱结合部船壳破损,船舱大量进水,并向后波及邻舱,船舶迅速失去浮力,船舶向下急剧沉没[4]

    从上述两从此案例可以看出,船舶发生裂缝均位于舱壁处,而且通常是从甲板波及船壳,因为这是通常的应力集中的地方。可以通过计算该舱壁处的静水切力与弯矩进行校核,1999年第1期《上海海运学院学报》上的“船舶静水切力与静水弯弯矩的计算”一文,薛船长(时为大副)用8页篇幅详细介绍了计算原理及方法。下图被很多论文所引用,其实是薛船长初学计算机时绘制的,样子傻傻的。即计算图中竖线处受到的切力以及弯矩来判断船是否能承受,以防船舶断裂。

​    类似的学术论文撰写过程中,薛船长常花数月乃至整年时间,穷尽所能搜集到的资料,认真阅读,比如撰写“谈船上卷钢与钢板的衬垫”一文(2015年第8期《世界海运》),薛船长仔细研读《散货船共同结构规范》以及数十篇中外文献,有人说薛船长“连结构强度计算书都看不懂,对于船级社建造规范也不清楚”,目无薛船长没关系,目无远洋船长就显得不知天高地厚了造船厂的人只怕老鬼,因为监造的大多是老轨,老轨不点头,船就造不下去,所以老轨就成了他们眼中的老鬼。薛船长就有共事十多年的老轨(DMU轮机系第一名毕业)前后监造过数十条散装船、油船、各种型号的钻井平台。有很多的远洋船长与薛船长一样有相当的理论与实践功底,笔者就认识很多船长从事监造工作,有的出任船级社总经理。

MOL COMFORT的断裂是从船底开始,而且不是位于舱壁处,而是舱的中部

​    有点常识的业内人士就能判断出,此处裂缝与焊接缺陷关系不大,焊接要有缺陷一定是从应力集中处开裂。

据此姚监理说“还有一种可能就是焊接缺陷”缺乏理论与海事调查根据,整个报告从头到尾没有谈及任何焊接缺陷,报告对焊接剩余应力(Effect of welding residual stress )做了大篇幅论证,焊接产生的剩余应力也不是焊接缺陷,报告的论证过程不是“翻了翻事故调查报告”就能一下子明白的。谁要能调查出或论证出该轮的焊接缺陷,那是对人类的一大贡献。

    调查组的组长是横滨大学的Dr.Eng.yoichi Sumi教授,成员包括:

    伊万里船厂的设计部总经理Hitoshi Fujita,

    NYK工务部总经理Yoshikazu Kawagoe,

    Mol工务部总经理KAWAGOE,

    川崎重工技术部总经理NAKANO,

    日本海运联合公司计划发展部总经理TAKAHIRA,

    三菱重工造船及海洋发展部总经理UEDA。

    我们注意调查组成员都是有名有姓的,姚监理可以将他发现的焊接质量问题向其叫板。薛船长联想到XX之星的海事调查报告,没看到署名,无从知晓调查组成员是谁,怎能不令人扼腕叹息,400多条生命没有能推动行业哪怕前进一小步。

    由于该轮从舱的中部断裂,通过通常的计算舱壁处的切力与弯矩就计算不出来,调查组采用的是三舱模型弹塑性分析(3-hold model elasto-plastic analyses),并将此方法与IACS CSR(国际船级社协会)的计算方法进行了对比,结果是一致的(见报告第17、18页)。

    调查组经计算断裂时弯矩在138亿牛米,从下图中可以看出垂向弯矩上超极限了(见报告第10页)。

​    报告对纵向强度没有做过多涉及,对横向受力进行了大量调查,横向受力由于泊松效应(Poisson’s Effect)对船体钢结构产生作用,当一个物体受到压缩,它将扩张到相反方向及反过来。当船航行在斜向的波浪中,或装货不均衡,这些横向力将在船体结构中受到极大挤压

    调查组所建的模型如下图(调查报告第21页):

​​    上图作用在加强船底系统上的纵向受力以X轴表示,横向受力以Y轴表示。红线表示当一排箱位空着时作用在船壳结构上逐步增加的的力。尽管这是很坏的情况,但集装箱船必须设计成这样。在这一排箱位空着时,没有集装箱用以平衡作用在船壳上的垂直向上的水压力(报告第21页)。

    对于超巴拿马型的MOL COMFORT来说,日本船级社注意到相较于巴拿马型船来说,需要用更大的钢梁特别加厚这样才能抵消更大的作用在船壳上的水压力。由于大多是尾机型船,所以在其整个寿命周期中,基本都处于中拱状态。

    正如报告附录12所指出的,超巴拿马型集装箱船比巴拿马型船提高了稳性,可以在稳性许可范围内装更多的货,因为超巴拿马型集装箱船与深度相比,显得更宽,结果不需要在双层底中压那么多水。另一方面由于水压力产生的横向上向上的力由于船宽的增加而增加了。即使在正常每一排均质装载情况下,集装箱的重量也不足以平衡这增加的横向上的向上的力。因此实务中装在双层底结构上的载荷情况变成一排箱位空着,并且双层底没有压水,这是横向强度上非常糟糕的情形。这在8000箱位的超巴拿马型集装箱船上表现得尤为明显。(报告第28页)

    对于这种纵向上与横向上受力互相影响的结果,日本船级社得出结论仅在纵向船壳结构达到最大载荷之前船底钢板横向上就已塑性变形。这一点与别的由于应力集中而断裂的船完全不一样的,MOL COMFORT是从船壳外板处开始变形的。见下图(报告第25页)

​    这样就引起了导致钢结构变形,最终船壳系统折断的连锁反应

作为结论,日本船级社提醒为避免类似于MOL COMFORT的悲剧,需要评估船壳桁架结构的极限强度,妥善评估横向载荷影响,并评估中间货舱的加强船底系统的弯断强度

    综合该报告,MOL COMFORT没有不符合建造规范之处,调查证实做对比调查的另外17艘船结构安全性足以应对类似断裂事故。

    当然报告中对一些事项做了保留,显得非常严谨:

    由集装箱重量如货主宣的重量与实际重量所产生的静水垂向弯矩有不确定性,这些并没有在中期报告中考虑进去[5]

    下列5个因素是调查中考虑的不确定因素,考虑的预计的强度与载荷在合理范围内变化以代替所给的唯一的确定数值。

    关于强度的不确定因素:

    屈服强度

    船底板由于荷载产生的变形影响

    船底纵骨焊接剩余应力影响

    荷载的不确定因素:

    海浪诱发垂向弯矩的海况

    涉及静水垂向弯矩的实际集装箱重量[6]

也许由于MOL COMFORT事件,集装箱称重的推进得到加速,集装箱重量不如实申报是非常严重的问题,笔者有不少同学做大型集装箱船船长,经常为此头疼或担惊受怕。

    *高强度钢的广泛应用,体现了日本高超的造船水平

很多人不同意此观点,就如他们鄙视日本的保温杯一样,那有什么了不起。我们实验室早在若干年前就搞出来了,但你能拿得出商业上有竞争力的产品吗?没有!实验室做成本5万元一个,日本人在市场卖50元一个,有什么意义嘛!国人早就用脚投票了,选择日本产的保温杯!对于高强度钢,薛船长不怀疑中国人在实验室中已有研究,毕竟中国造了那么多潜水艇,但距离商用还有很长的路!

    报告中指出规则要求的最小屈服应力如下表,用于调查以获取可对比的标准化结果:

    H47高强度钢的强度非常大,国内一些材料认为焊接适用性相对较差,对焊接技术要求较高,抗塑性变形的能力较差,但具体指标没有查到简体字文献,有人认为舷顶列板,甲板边板和舱口围采用这种钢板有迫不得已的原因,但是外底壳板采用不一定有必要了。有人猜测会不会高强度钢板造成的外底壳板破裂,薛船长认为日本在高强度钢的应用上已相当成熟了,有一整套体系保障其应用,后文有谈及一些技术,或许中国没有人进行研究过。所造船舶完全符合规范要求。之所以发生断裂,还是规范的不足,也就是人类对此领域认知的局限所致。

   HT47高强度钢的最小屈服强度是普通低碳钢的一倍,高强度钢有成型性好、强度高等优点。

 船舶的港口使费与船舶的总吨或净吨直接相关,燃油成本与船舶排水量直接相关,也就是同样大小的船(排水量、总吨、净吨一样),若能多装货,则其经济效益会更高,比如重创美军菲茨杰拉德号驱逐舰的ACX CRYSTAL号,排水量5万吨,用普通造船钢材建造可能需要10000吨空船重量,载重吨就是4万吨,若用高强度钢材建造,减少20%的重量,则可能只有8000吨重量,一条4万吨的船(排水量5万吨),就可以多装2000吨货,相当于比普通船多装了5%的货,而成本是完全一样,这样船东就可以多获取5%的利润。

 这个帐,薛船长没有发现中国人算过。购买日本造的船,轻易就可以获得比同行高5%的利润,在目前的海运业中,那不可小觑啊!

    中国造的船,包括一些国有大厂,一个系列的船,越造越重,因为前面的船营运过程中发现了结构缺陷,不得已对相关结构进行加强,笔者就听说一条巴拿马型船比首制船下水时的重量增加3百多吨的,这损失了以后20多年营运过程中的载货能力。损失的不仅是造船成本,也是日后的利润啊!

    *分析的方法:三舱模型弹塑性分析(3-hold model elasto-plastic analyses)

​    关于此概念,知网里检索出不少引用弹塑性的硕士论文,极少有期刊与博士论论文对此有研究。好容易搜到一篇2005年武汉理工大学江晓俐的博士论文《基于船舶总纵极限强度的可靠性研究》,但又看不到内容。通过google 学术搜索出几篇有关弹塑性的论文,如上海交通大学船舶与海洋工程学院滕晓青,李润培的《槽型舱壁极限强度》谈及槽型舱壁处于极限状态时的弹塑性变形。

    * Effect of welding residual stress 焊接剩余应力

    报告附则3值得造船业人士细看日本人是如何分析的。船底板局部变形影响及船壳纵桁架底部纵骨焊接剩余应力的极限强度[7]

     这图是很有意思的,揭示出MOL COMFORT是如何断裂的。左侧未考虑焊接剩余应力,右侧考虑了焊接剩余应力(报告P55) ​

​    * 局部环形变形(LOCAL CIRCULAR DEFORMATION)

    不知此理论有没有引入到中国造船实践中去,薛船长检索相关文献,没有见到简体字的。造船业人士一定要深入研究。

[1]参见姚监理网文: http://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404128238535374143

[2] 可从下列网址下载阅读http://www.classnk.or.jp/hp/pdf/news/Investigation_Report_on_Structural_Safety_of_Large_Container_Ships_EN_ClassNK.pdf

[3] http://www.eworldship.com/html/2014/OperatingShip_0107/81281.html

[4] 国经贸安全[1998]664号文 

[5] In addition , the uncertainty of the still water vertical bending moment caused by deviations in container weights , i.e. the differences between declared weights and actual weights,was also not taken into account in JG interim report .

[6] The five factors listed below were considered as the uncertainty factors in this investigation. Strength and loads were estimated in the consideration of their deviations within reasonable ranges instead of giving uniquely defined values .

【Uncertainty factors related ot the strength】

Yield stress

Effect of local deformations of the bottom shell plates

Effect of residual stress of the fillet welding part of bottom longitudinals

【Uncertainty factors related to the loads】

Sea state in connection with wave-induced vertical bending moment

Actual container weight in connection with still water vertical bending moment

[7] Effect of local deformation of bottom shell plates and welding residual stress of bottom longitudinals on hull girder ultimate strength (releated to 3.3.1 of this report)​​​​